Gene, die sich auf Erinnern, Vergessen und Lernen auswirken

Laut einer Studie, die in der Zeitschrift Cell vom 30. März veröffentlicht wurde, haben Biologen der Universität von Utah entdeckt, dass bestimmte Gene und Proteine, die das Wachstum und die Entwicklung von Embryonen fördern, auch chemische Signale übertragen, die dem Einzelnen helfen zu lernen, zu vergessen, zu erinnern und vielleicht sogar süchtig werden.
Senior-Autor der Studie, Professor der Biologie Andres Villu Maricq sagte:

"Wir fanden heraus, dass diese Moleküle und Signalwege (Wnt genannt) nach der Entwicklung des Organismus nicht in den Ruhestand treten, sondern eine neue und überraschende Rolle bei Erwachsenen spielen. Sie werden zurückgerufen, um die Eigenschaften des Nervensystems zu verändern Erfahrung."

Die Forscher führten die Studie durch C. elegans - der millimeterlange Spulwurm oder Nematode. C. elegans sind in der Forschung als Modellorganismus für Wirbeltiere, einschließlich Menschen, weit verbreitet.
Da Studien bereits gezeigt haben, dass andere Wnt-Wege bei Würmern auch beim Menschen funktionieren, spekulieren die Forscher, dass Wnt-Gene, die Wnt-Proteine, die sie erzeugen, und das sogenannte "Wnt-Signal" auch beim Gedächtnis, Lernen und Vergessen des Menschen eine Rolle spielen.
Maricq erklärte:

"Fast sicher, was wir entdeckt haben, geht auch in unserem Gehirn vor sich." Ein menschlicher Nikotinrezeptor, der an Sucht, Schizophrenie und einigen anderen psychischen Störungen beteiligt ist, ähnelt einem Wurm-Nervensignal- "Rezeptor", und laut Maricq stellen einige der in der Studie identifizierten Gene "mögliche neue Ziele für die Behandlung von Schizophrenie dar und vielleicht Sucht."

Während der Embryonalentwicklung sind Wnt-Gene und ihre Proteine ??dafür bekannt, "die Entwicklung und Verteilung von Organen im Körper zu strukturieren". Darüber hinaus sind sie, wenn sie mutiert sind, für Entwicklungsdefekte und verschiedene Krebsarten verantwortlich.

Die Grundlage von Lernen und Gedächtnis

Synapsen sind die Verbindungen zwischen Neuronen (Nervenzellen), die elektrische oder chemische Signale zu einer anderen Zelle passieren lassen. Lernen und Gedächtnis spielen eine Rolle dabei, wie Synapsen produziert, zerstört, gestärkt oder geschwächt werden. Rezeptoren (Proteine) werden auf die Synapsen übertragen oder von diesen entfernt, um die Verbindung stärker oder schwächer zu machen.
Die Forscher identifizierten einen "Wnt-Signalweg" - eine Reihe von Genen und die Proteine, die sie produzieren -, die die Übertragungsstärke eines Nervensignals von einem Neuron zum anderen reguliert. Dies ermöglicht "Plastizität" von Synapsen - eine wichtige Komponente beim Lernen, Erinnern und Vergessen.
Maricq erklärte:

"Das adulte Nervensystem ist kein stagnierendes Gewebe, sondern eher dynamisch und plastisch, mit der Stärke von Synapsen - spezialisierten Neuron-zu-Neuron-Verbindungen - verändert sich mit Erfahrung, Lernen und Gedächtnis. Es ist keine fixe Sache, wie wenn du es bist Du hast das Herz gemacht, du bist fertig. "

Laut Maricq lernt und erinnert sich ein Organismus, wenn Rezeptoren die Verbindung verstärken; wenn Rezeptoren entfernt werden und die Verbindung schwächen, vergisst der Organismus.
Synapsen werden verstärkt oder geschwächt, wenn ein Neuron ein Nervensignal überträgt und eine Chemikalie, die als Neurotransmitter bekannt ist, an ein anderes Neuron freisetzt. Dieser Neurotransmitter wandert durch die Verbindung, die die zwei Zellen verbindet, und bindet an Rezeptoren auf der Oberfläche des zweiten Neurons.
Maricq sagte:

"Sie können sich die Rezeptoren wie Verstärker vorstellen, wie Hörgeräte.
Das Volumen des empfangenen Nervensignals hängt von der Anzahl der Rezeptoren ab, die in einem Vorratsdepot knapp unterhalb der Oberfläche der Nervenzelle eingelagert sind.
Die Wnt-Signalisierung, die in der neuen Studie identifiziert wurde, sagt dem Depot, dass mehr Rezeptoren in die Synapse gelangen sollen - oder nicht. "

Maricq betont, dass das chemische Wnt-Signal in der Studie Acetylcholin war und sich von dem tatsächlichen Nervensignal unterscheidet, das von einer Neurotransmitter-Chemikalie übertragen wird.
Maricq sagte:

"Das Wnt - Signal ist ein sekundäres Signal, das die Lautstärke von
das Neurotransmitter-Signal. "

Nervensignal-Lautstärkeregelung - Worms sorgen für Insight

Das Team identifizierte den "Signalweg" durch Schwächung verschiedener Gene in den Würmern. Sie fanden heraus, dass ein Neuron einen Nervensignalrezeptor namens Acetylcholin (ACR-16) an ein anderes Neuron weiterleitet, um die Anzahl der Rezeptoren auf seiner Oberfläche zu erhöhen und so die Stärke der Nervensignale zwischen den Neuronen zu erhöhen.
Die Forscher fanden heraus, dass, als sie das Gen, das das ACR-16-Rezeptorprotein produziert, geschwächt wurden, es nicht genug Rezeptoren gab, so dass Nervensignale unterbrochen wurden und die Würmer "unkoordinierte Bewegung" hatten, so Maricq. "Sie waren halb gelähmt."
Das Team entdeckte Variationen anderer Gene, die ebenfalls geschwächte ACR-16-Rezeptoren verursachten und die Bewegung der Würmer beeinträchtigten. Sie fanden heraus, dass diese Gene zum "Wnt-Signalweg" gehören, der eine ausreichende Menge an Rezeptoren auf der Zelloberfläche platziert, um Signale zu empfangen.
Neben ACR-16 produzierten Gene in diesem Stoffwechselweg Proteine ??namens CWN-2 - welches ein Wnt-Protein ist - LIN-17, CAM-1 und DSH-1. Wie der Pfad die Stärke der eingehenden Nervensignale steuert:

• 1. CWN-2 wird von einem Neuron freigesetzt und bindet an ein Rezeptorprotein auf der Signalempfangszelle. CWN-2 ist eine kürzlich entdeckte Kombination der LIN-17- und CAM-1-Proteine.


• 2. Das Protein LIN-17 / CAM-1 überträgt ein Signal an ein Protein, das als disheveled (DSH-1) bezeichnet wird.


• 3. "DSH-1 sendet irgendwie das Lautstärkesteuerungssignal, das mehr ACR-16-Rezeptoren von Depots innerhalb des zweiten Neurons an die Oberfläche dieser Zelle sendet, wodurch das Volumen des empfangenen Nervensignals erhöht wird", sagte Maricq.

Das Team markierte die ACR-16-Rezeptoren mit einem grünen Quallenprotein, so dass sie unter dem Mikroskop gesehen werden konnten.Die Forscher konnten sehen, dass sich die grün markierten Rezeptoren unter den Oberflächen von Nervenzellen sammeln, anstatt sich an die Oberfläche zu bewegen, wenn eines der Gene im Wnt-Signalweg mutiert war.

Die Forscher zeichneten auch elektrische Ströme in den Synapsen auf und entdeckten, dass sie kleiner waren, wenn eines der Gene im Wnt-Signalweg mutiert war. Laut dem Team erklärt dieser Befund, warum die Mutantenwürmer teilweise gelähmt waren.
Der alpha-7-nikotinische Acetylcholin-Rezeptor ist die menschliche und andere vertebraten Version des ACR-16-Rezeptors. Beide Rezeptoren sind in der Funktion und Struktur in Tieren von Würmern zu Mäusen und Menschen ähnlich.
Maricq erklärte:

"Der Alpha-7-Rezeptor ist wichtig bei Schizophrenie und einer Reihe von verschiedenen psychischen Störungen und kann eine Rolle in der Sucht spielen, aber wir verstehen nicht, wie es reguliert wird."

Derzeit gibt es viele psychiatrische Medikamente, die die Synapsenstärke verändern. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass weitere Studien durchgeführt werden sollten, um zu bestimmen, ob dieselben Wnt-Signalgene in Würmern auch die Alpha-7-Rezeptor-Spiegel auf menschlichen Gehirnzellen kontrollieren. Wenn dies der Fall ist, könnten neue Medikamente entwickelt werden, um diese Gene als einen Weg zur Behandlung von psychischen Störungen, einschließlich Sucht, zu zielen.
Maricq sagte:

"Sucht ist wie Lernen auf primitiver Ebene. Sucht bedeutet, dass Synapsen irgendwo in deinem Gehirn zu stark sind. Also willst du mehr."

Geschrieben von Grace Rattue